一种新型阳离子表面活性剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于表面活性剂领域，具体的涉及一种新型阳离子表面活性剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、阳离子表面活性剂，特别是由胺化合物衍生的酯基季铵盐，长期以来被广泛应用于纤维柔软剂、纸张处理剂及个人护理产品中。如us5296622、us5670677等专利所述，传统酯基季铵盐通常通过三乙醇胺与脂肪酸酯化形成酯胺化合物，再经硫酸二甲酯或氯甲烷季铵化制得。此类化合物因成本低廉、生物降解性高等特点，成为早期工业化生产的主要选择。然而，随着市场对功能化需求的细化，尤其在需要抗静电、亲水性能的纺织品或化妆品领域，传统酯基季铵盐的综合性能逐渐显现不足，无法满足高端应用场景的要求。

2、为提升性能，现有技术中出现了多种改进方案。例如，现有技术wo1998049132a1、de19715835等描述了通过三乙醇胺与二羧酸及脂肪酸的共酯化反应合成低聚醇胺酯，再经季铵化制得具有更高软化效能的表面活性剂；进一步引入脂肪醇醚化反应，形成多亲水基团的低聚结构，并通过与非离子表面活性剂复配优化性能。这些方案改进虽在一定程度上提高了产物的柔软效果和生物降解性，但其疏水性仍主要依靠长链烷基等疏水链，亲水基团多通过二羧酸与烷醇胺的架桥形成双氮或多氮季铵结构，导致分子设计灵活性受限，且对复杂应用环境的适应性不足。

3、此外，当前行业技术发展的重要方向是解决生态毒理学与环境兼容性问题。尽管酯基季铵盐本身具有较好的生物降解性，但其与非离子表面活性剂的复配体系在实际应用中仍面临稳定性差、协同效应不足等技术问题。虽有专利us20030013627a1尝试通过引入乙氧基化或醚化改性提升亲水性，但难以实现柔软性、抗静电性及环境友好性之间的最优平衡，尤其在高温或高硬度水质条件下易出现性能衰减。

4、因此，亟需开发一种新型表面活性剂体系，既能保留酯基季铵盐的环保优势，又能通过分子结构创新突破现有性能瓶颈，更好的应用于各种天然和合成纤维的纺织柔软剂、调理剂、个人卫生护理产品等领域，以满足多元化市场需求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种新型阳离子表面活性剂（季铵盐化合物），所述新型阳离子表面活性剂的制备原料包括羟烷基胺基聚酯和季铵化试剂，其结构式如下：；

2、其中，r1和r2各自独立的选自c4-22烷基中任意一种或至少两种的组合，n≥1，且n为整数。

3、作为一种可实施的案例，所述的羟烷基胺基聚酯和季铵化试剂的摩尔比为1：（0.95-0.99）。

4、作为一种可实施的案例，所述的季铵化试剂选自硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、碳酸二甲酯、环氧氯丙烷、一溴甲烷或一氯甲烷、氯化苄中的任意一种或两种以上任意比例的组合物。

5、作为一种可实施的案例，所述的羟烷基胺基聚酯的结构式如下：

6、；

7、其中，r1和r2各自独立的选自c4-22烷基中任意一种或至少两种的组合，n≥1，且n为整数。

8、作为一种可实施的案例，所述羟烷基胺基聚酯的制备原料包括：烷基缩水甘油醚、羟烷基仲胺、二元羧酸、催化剂和稳定剂。

9、作为一种可实施的案例，所述的可实施的案例，所述的烷基缩水甘油醚和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.1-2.0）：1。

10、进一步的，所述的烷基缩水甘油醚和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.4 -1.4）：1。

11、更进一步的，所述的烷基缩水甘油醚和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.8-1.3）：1。

12、作为一种可实施的案例，所述的可实施的案例，所述的二元羧酸和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.1-1）：1。

13、进一步的，所述的二元羧酸和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.2-0.8）：1。

14、更进一步的，所述的二元羧酸和羟烷基仲胺的摩尔比为（0.4-0.75）：1。

15、作为一种可实施的案例，所述的烷基缩水甘油醚包括：丁基缩水甘油醚、己基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、c8-10烷基缩水甘油醚、c12-14烷基缩水甘油醚、c16烷基缩水甘油醚、c18烷基缩水甘油醚、二十二烷基缩水甘油醚、1,4-丁二醇基缩水甘油醚、聚丙二醇基缩水甘油醚、丙三醇基缩水甘油醚中任意一种或两种以上任意比例的组合物；

16、进一步的，所述烷基缩水甘油醚的结构式为，n≥1，且n为整数。

17、进一步的，所述的烷基缩水甘油醚为c12-14烷基缩水甘油醚或c18烷基缩水甘油醚。

18、作为一种可实施的案例，所述的羟烷基仲胺为一类氮原子上连有两个取代基，且其中至少一个取代基为含有羟基的烷基，同时氛原子上保留一个氢原子的有机胺类化合物。

19、所述羟烷基仲胺选自二乙醇胺、二异丙醇胺、二正丙醇胺、二丁醇胺、甲基(2-羟乙基)-3-羟丙基胺、n-甲基乙醇胺、n-乙基乙醇胺、n-甲基二丙醇胺、n-甲基-1-氨基-2-丙醇、n-甲基乙醇胺、n，n-双（2-羟乙基）烯丙基胺的任意一种或两种以上任意比例的组合物。

20、进一步的，所述的烷基醇胺为二乙醇胺或二正丙醇胺。

21、作为一种可实施的案例，所述二元羧酸选自琥珀酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、庚二酸、辛二酸、马来酸、对苯二甲酸、月桂二酸、热聚酸中的任意一种或两种以上任意比例的组合物。

22、进一步的，所述的二元羧酸为己二酸或琥珀酸。

23、本发明中，将烷基缩水甘油醚，羟烷基仲胺，二元羧酸，催化剂和稳定剂在制备体系中反应即可得到本发明所述的羟烷基胺基聚酯：

24、。

25、作为一种可实施的案例，将烷基缩水甘油醚，羟烷基仲胺，二元羧酸，催化剂和稳定剂在制备体系中反应即可得到本发明所述的羟烷基胺基聚酯；

26、由上述羟烷基胺基聚酯和季铵化试剂在制备体系中进一步反应，即可得到本发明所述的新型阳离子表面活性剂。

27、；

28、r1和r2各自独立的选自c4-22烷基中任意一种或至少两种的组合， n≥1，且n为整数。

29、作为一种可实施的案例，所述的催化剂包括主催化剂和助催化剂。

30、作为一种可实施的案例，所述的主催化剂包括次磷酸或对甲基苯磺酸。

31、作为一种可实施的案例，所述的助催化剂包括氯化亚锡或草酸亚锡。

32、作为一种可实施的案例，所述的稳定剂包括：bht（丁基羟基甲苯）、bha（丁基羟基茴香醚）、tbhq（特丁基对苯二酚）或抗坏血酸中的一种。

33、进一步的，所述的主催化剂，助催化剂和稳定剂的摩尔比为（6-7）：（4-5）：（5-8）。

34、作为一种可实施的案例，所述的羟烷基胺基聚酯的制备方法包括：

35、在反应容器中，将烷基缩水甘油醚、羟烷基仲胺、稳定剂和催化剂混合均匀，氮气吹扫，反应温度是55-110℃，反应2-8h，即得胺基多元醇化合物，将胺基多元醇化合物、二元羧酸、稳定剂和催化剂混合均匀，氮气吹扫，真空减压，120-200℃的条件下，反应2-8h，即得羟烷基胺基聚酯。

36、作为一种可实施的案例，所述的氮气的流量为10-60ml/min，优选为20-50ml/min，更优选为30-40ml/min。

37、作为一种可实施的案例，采用循环水真空泵，真空减压至-0.09—-0.095mpa。

38、本发明第二方面提供了一种新型阳离子表面活性剂的制备方法，包括：

39、将羟烷基胺基聚酯和季铵化试剂混合，在40-120℃，2-6bar下反应，反应体系的胺值小于5mg/g时结束反应，将体系ph值调节至1.5-6.0，出料，即得新型阳离子表面活性剂。

40、本发明制得的阳离子表面活性剂可以单独使用，具有高度的纤维软化功效；而且由于分子的生物降解性，从生态学角度来看具有非常好的耐受性。此外，阳离子表面活性剂即使使用少量，也会显著改善基于传统酯基季铵盐和其他阳离子表面活性剂的组合物的软化功效，并且当用作织物软化剂时，新型阳离子表面活性剂会抵消洗涤后和漂洗阶段中阳离子表面活性剂残留在纺织纤维中的不利影响。

41、本发明第三方面提供了一种新型阳离子表面活性剂的应用，新型阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配，应用在纤维护理领域。

42、另外，本发明提供的新型阳离子表面活性剂还可选的和非离子表面活性剂复配作为辅助活性物质，用于处理纺织品和日化卫生用品，可以提高其柔软亲水性能。

43、作为一种可实施的案例，所述的非离子表面活性剂选自脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸多元醇酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇、烷基糖苷中的一种或至少两种的组合。

44、进一步的，所述的非离子表面活性剂选自山梨醇酯、季戊四醇酯、甘油酯、聚乙二醇600脂肪酸酯、聚醚二油酸酰胺中的一种或至少两种的组合。

45、本发明提供的新型阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配，比普通常规的酯基季铵盐表现出更好的协同效应，可以进一步促进非离子表面活性剂在织物的天然纤维和合成纤维上的沉积，除了改善手感，还使纺织纤维更便于熨烫、减少洗痕。而在头发护理组合物如洗发水和护发素中，添加新型阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物，同样可以改善头发的梳理效果和洁净度。

46、有益效果

47、（一）本发明提供的新型阳离子表面活性剂在天然与合成纤维的柔软整理中表现出显著优势，使用后产品的柔软度达到8-9分，亲水性达到4-5分；均优于传统酯基季铵盐，接近高效但生态性较差的dadm86产品水平，而亲水性明显提升。

48、（二）本发明中选择烷基缩水甘油醚作新型阳离子表面活性剂的原料，可以在产物分子中引入羟基官能团，并结合酯键结构，显著提高了产品的生物降解性；采用与传统季铵盐相比，本发明制得的产品在生态毒理学和环保耐受性方面更具优势，符合绿色化学的要求。

49、（三）本发明中通过主催化剂和助催化剂复配使用，使反应温度降低至200℃以下，反应时间缩短，能耗减少。同时采用氮气吹扫与真空减压结合工艺，进一步优化了反应条件，降低了生产成本。

50、（四）羟烷基胺基聚酯的制备原料包括：烷基缩水甘油醚、羟烷基仲胺、二元羧酸、催化剂和稳定剂，羟烷基仲胺为一类氮原子上连有两个取代基，且其中至少一个取代基为含有羟基的烷基，同时氛原子上保留一个氢原子的有机胺类化合物，相较于烷基醇胺而言，相较于常规的烷基醇胺，该羟烷基仲胺在生物降解方面具有显著优势，这主要源于其特定的仲胺结构更易被微生物酶系统识别与攻击，尤其是氮原子邻位的亚甲基更易发生初始氧化，从而启动降解链式反应，且降解途径倾向于彻底矿化为二氧化碳、水和氨等无机物，减少了稳定中间代谢产物的累积，因此更符合环保型聚酯材料的应用需求。

51、（五）本发明提供的新型阳离子表面活性剂与非离子表面活复配后，产品的综合性能显著提升。复配组合物的柔软度最高可达9-10分，亲水性可达到4-5分，显示出显著的协同增效作用。

52、（六）本发明提供的新型阳离子表面活性剂不仅适用于纺织品柔软整理，还可用于纸张处理、头发护理等领域；另外由于其半透明或透明的配方特性，无需额外溶剂，简化了生产工艺，扩展了应用场景。